[发明专利]叶轮及包括该叶轮的离心压缩机

说明书

技术领域

本发明涉及流体机械领域，具体而言，涉及一种叶轮及包括该叶轮的离心压缩机。

背景技术

叶轮作为离心压缩机中最核心的运动件，起着对气体做功，使气体获得能量的作用，从而达到压缩气体的目的，因此，叶轮设计的好坏对离心压缩机性能起着决定性作用。由于，叶轮性能的优劣主要体现在其气动性能上，因而，叶轮内部流道的设计尤为关键。

其中，叶轮的气动性能主要体现在以下两方面：

一、叶轮将轴功率传递到流体的有效功率，即，叶轮效率。叶轮内能量损失由多方面因素组成，其中最关键也最难以解决的是如何设计叶轮流道，从而避免气流冲击损失、分离损失、二次流损失、尾迹损失等损失的产生；

二、叶轮稳定工作范围。离心压缩机具有喘振的特性，当调节流量降低到一定程度，压缩机就会发生喘振，这对于离心压缩机是极为不利的，必须避免正常运行过程中喘振现象的发生。因此要通过叶轮流道气动设计尽可能拓宽叶轮稳定工作范围，降低喘振流量。

目前使用的离心压缩机叶轮均为直纹面叶轮，如图1所示，直纹面叶轮的特点是具有周向和轴向的扭曲，叶片曲面仅由分别与轮毂和轮盖相交的轮毂侧流线12和轮盖侧流线13确定。叶片控制线11均为直线段，叶片曲面由无数条直线段组合得到。

由于流体在实际流动过程中其流线必定是三维的，直纹面叶轮叶片控制线11由于采用直线型线通常在叶片进口等位置存在流动分离，产生分离损失，使得叶轮效率无法得到进一步提升。

发明内容

本发明旨在提供一种叶轮及包括该叶轮的离心压缩机，以解决现有技术中的叶轮在叶片进口等位置存在流动分离，产生分离损失，使得叶轮效率无法得到进一步提升的技术问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种叶轮，包括：轮毂；叶片，表面为叶片曲面，叶片上的控制线组合形成叶片曲面的形状，其中，在叶片曲面上，至少一部分表面区域上的控制线为曲线。

进一步地，还包括轮盖，叶片位于轮毂一侧的端线形成叶片的轮毂侧流线，叶片位于轮盖一侧的端线形成叶片的轮盖侧流线，轮毂侧流线与轮盖侧流线之间具有一条或多条中间流线，控制线由轮毂侧流线、轮盖侧流线以及中间流线通过最小二乘法拟合确定。

进一步地，叶片呈由压力面向吸力面凹陷的凹形。

进一步地，控制线包括进口控制线和出口控制线，进口控制线的曲率大于出口控制线的曲率。

进一步地，叶片曲面的曲率自进口控制线至出口控制线依次降低。

进一步地，进口控制线的曲率为出口控制线的两倍。

进一步地，叶片曲面的曲率自进口控制线至出口控制线先升高再降低。

进一步地，控制线上具有至少一个直线段，直线段构成叶片曲面上的常规区域，常规区域与叶片曲面上的相邻区域之间圆滑过渡。

进一步地，控制线具有两个直线段和位于两个直线段之间的一个曲线段。

进一步地，曲线段呈圆弧形或抛物线形。

进一步地，每个控制线均呈抛物线形。

根据本发明的另一方面，提供了一种离心压缩机，具有叶轮，其中，叶轮为上述的叶轮。

本发明的叶轮及包括该叶轮的离心压缩机中，通过叶轮三维设计，将叶轮叶片控制线的形式从直线形改为曲线形，使离心叶轮叶片的中部呈现一定的弯曲度，进而减小或消除了叶轮进口的冲击及分离损失，改善了叶轮内部流体流动结构，进一步地提高了叶轮效率、拓宽了高效区范围并降低了喘振流量。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1a示出了现有技术中的叶轮叶片的主视图；

图1b示出了现有技术中的叶轮叶片的俯视图；

图2示出了本发明的叶轮的立体结构示意图；

图3示出了本发明的叶轮结构的侧视图；以及

图4示出了本发明的叶轮叶片的结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图2和图3所示，本发明提供的叶轮，包括：叶片21以及与叶片21的一侧相连的轮毂22，其中，叶片21的表面为叶片曲面，叶片曲面上具有控制线211(如图4所示)，控制线211组合形成叶片曲面，其中，控制线211为曲线。优选地，本发明还包括靠近叶片21的另一侧的轮盖23。